CN107072152B - 一种控制人造光植物生长系统的方法、控制器和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种控制人造光植物生长系统（1）的方法。该方法包括接收指示针对要生长在人造光植物生长系统（1）中的植物类型的生产需求的信息以及指示用于人造光植物生长系统（1）的光源（9）的能量供应的信息，以及依赖于所接收的信息而控制人造光植物生长系统（1）的植物生长环境的光源（9）的操作，以使得生长在系统（1）中的所述植物类型的植物（8）的生产速率与生长需求和能量供应的关系被优化。本申请还涉及包括在由至少一个处理器执行时使该方法被执行的指令的计算机程序，用于控制人造光植物生长系统（1）的控制器（5），以及人造光植物生长系统（1）。
Description
发明题目
控制人造光植物生长系统的方法。
技术领域
本发明涉及控制人造光植物生长系统的方法。本发明还涉及包括在由至少一个处理器执行时使该方法被执行的指令的计算机程序、用于控制人造光植物生长系统的控制器、以及人造光植物生长系统。
背景技术
包括用于向生长在植物生长系统中的植物供应人造光的光源的植物生长系统是已知的。在例如由于自然光水平的季节变化所致的可获得低水平的自然光的时段期间，该光源促进植物的生长。
WO 2013/089825公开了一种具有用于辅助植物的生长的光源的设备，其中光源的功率消耗根据电价而变化。当电价为低时光源的功率消耗增加以降低使植物生长的成本。然而，这可能导致植物的生长被加速，使得该植物在市场上已经存在大量该类型的植物的时候成熟并且准备好收获，在该情况下该植物针对需求而言是多余的并且可能被浪费。
US 2005/0252078公开了一种用于以成本有效的方式优化植物生产的方法和系统。该系统包括控制诸如照明和二氧化碳之类的资源的处理器。该处理器接收期望的植物生产速率并且确定与植物生产目标和资源成本一致的要耗费的每一种资源的量。
发明内容
本发明的目的是提供控制人造光植物生长系统的方法、包括在由至少一个处理器执行时使该方法被执行的指令的计算机程序、用于控制人造光植物生长系统的控制器、和/或显著地缓解或克服以上提到的问题人造光植物生长系统。
根据本发明，提供了一种控制人造光植物生长系统的方法，包括接收指示针对要生长在人造光植物生长系统中的植物类型的生产需求的信息和指示用于人造光植物生长系统的光源的能量供应的信息，以及依赖于所接收的信息控制人造光植物生长系统的植物生长环境的光源的操作，使得生长在系统中的所述植物类型的植物的生产速率与生产需求和能量供应的关系被优化。
利用该方法，最有效地利用生产速率是可能的，例如通过在针对正在生长的植物类型的需求为低时降低生产速率以减少由该植物类型的过量生产所造成的浪费以及在对能量的需求为高时降低生产速率以降低能量供应上的峰值负载。此外，当针对正在生长的植物类型的需求为高时以及当对能量的需求为低时加速生产速率是可能的。
指示能量供应的信息可以是能量成本或能量供应需求，其可以以各种各样方法来提供，包括能量供应需求比，或指示基于可用能量供应的成本的能量供应需求的信息。因此，通过在接收到针对来自能量供应的电能的需求为低的信息时使用电能为光源供电来降低能量供应上的峰值负载是可能的。能量供应向光源提供能量并且可以是例如电力分配网络或电池。在可替换的实施例中，能量供应是燃料，例如丙烷或甲烷，其可以用于在本地生成电力以便为光源供电。在一个这样的实施例中，可用能量供应的成本是燃料的成本。
该方法还可以包括依赖于要生长的植物类型而引用一个或多个植物类型特定参数，并且依赖于一个或多个植物类型特定参数而控制光源的操作。
因此，依赖于要生长的植物类型而控制植物生长环境中的植物的生长是可能的。因此，该方法可以通过依赖于正在生长的特定植物类型而调节光源的操作来帮助最大化效率。
所述植物类型特定参数或其中之一可以是供应到所述植物类型的植物的最小光暴露水平。
因此，确保依赖于指示植物类型的信息而提供光的适当供应以维持植物的寿命是可能的。因此，该方法使得限制要生长的植物的生长以防止浪费而同时防止植物死亡并且因此防止植物的浪费成为可能。
所述植物类型特定参数或其中之一可以是要供应到所述植物类型的植物的最大光暴露水平。
所述植物特定参数或其中之一可以是光源的操作在最小水平处的最小时段。最小水平可以是植物处理在光合作用期间积累的同化物或诱导植物中的开花所需的光水平。在一个实施例中，当光源在最小水平处操作时没有光被该光源输出。所述植物特定参数或其中之一可以是光源的强度水平。
这意味着安排用于植物的强制黑暗时段是可能的。这允许向要生长的植物提供处理在光源被操作或在较高强度水平处被操作的时段期间积累的同化物的时段。通过依赖于植物类型而调节强制黑暗时段的参数，最大化植物生长效率并且更精确地控制植物生长环境中的植物生长是可能的。最大化植物生长的效率降低了必须供应到光源以使植物生长的能量的总量并且因此降低了生长植物的环境影响和成本。在一个实施例中，人造光生长系统的植物与自然光隔离。这允许黑暗时段完全独立于日时。
该方法还可以包括通过控制由光源供应到植物的光的光谱分布来控制光源的操作以调节所述植物的生长速率。
该方法还可以包括依赖于所确定的光源操作而控制人造光植物生长系统的植物生长环境中的CO2的水平。该方法还可以包括依赖于所确定的光源操作而控制人造光植物生长系统的植物生长环境中的温度。
此方法提供最大化的植物的光使用效率。已经发现响应于光暴露的植物的生长还取决于植物生长环境中的CO2水平和温度。通过控制植物生长环境中的CO2水平和温度中的一个或二者，依赖于植物类型而更精确地控制植物生长环境中的植物生长速率是可能的。
该方法还可以包括检测植物生长环境的环境条件以及依赖于所检测到的环境条件而控制光源的操作。环境条件可以是CO2水平和温度水平中的一个或多个。该方法还可以包括当检测到植物生长环境中的所期望的环境条件时调节光源的操作。
在上述情况下，使光源的操作与植物生长环境中的环境条件协调是可能的。将领会的是，诸如温度和CO2水平之类的一些环境条件的改变速率比光源的操作的改变速率小得多。因此，依赖于一个或多个环境条件而操作光源以最大化植物生长系统的操作效率是可能的。
基于所接收的信息的光源操作可以在由于例如植物生长系统中的空气热容量所致的温度和/或二氧化碳水平的改变和使二氧化碳被添加或从植物生长系统移除所花费的时间之后的预定时间段发生。
该方法还可以包括控制第一植物生长环境的至少第一光源的操作以具有最小光强度水平处的操作时段以及第二植物生长环境的第二光源以具有最小光强度水平处的操作时段，操作至少第一和第二光源以使得第一光源在最小光强度水平处的操作时段从第二光源在最小光强度水平处的操作时段偏移。最小光强度水平可以是植物处理在光合作用期间积累的同化物或诱导植物中的开花所需的光水平。在一个实施例中，当光源在最小水平处操作时没有光被该光源输出。
利用此方法，在多个植物生长环境之间分配所需的能量是可能的。因此，通过最小化峰值功率要求来最小化能量消耗是可能的。另外，最小化操作两个或更多植物生长环境所需的组件大小和数目是可能的。
根据本发明的另一方面，提供了一种控制人造光植物生长系统的方法，包括控制第一植物生长环境的至少第一光源的操作以具有最小光强度水平处的操作时段以及第二植物生长环境的第二光源以具有最小光强度水平处的操作时段，以及操作至少第一和第二光源以使得第一光源在最小光强度水平处的操作时段从第二光源在最小光强度水平处的操作时段偏移。最小光强度水平可以是植物处理在光合作用期间积累的同化物或诱导植物中的开花所需的光水平。在一个实施例中，当光源在最小水平处操作时没有光被该光源输出。
利用该方法，在多个植物生长环境之间分配所需的能量是可能的。
可以在至少第一和第二植物生长环境之间设置屏障。因此，限制第一和第二植物生长环境之间的光泄漏是可能的。这意味着每一个植物生长环境中的植物的生长可以被严密控制。
第一和第二植物生长环境可以是分离的生长单元或生长单元的分离层。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括指令的计算机程序，所述指令在由至少一个处理器执行时使以上描述的所述方法或其中每一种方法被执行。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制人造光植物生长系统的控制器，该控制器被配置成接收指示针对要生长在人造光植物生长系统中的植物类型的生产需求和用于人造光植物生长系统的光源的能量供应的信息，并且依赖于所接收的信息而控制人造光植物生长系统的植物生长环境的光源的操作，使得生长在系统中的所述植物类型的植物的生产速率与生产需求和能量供应的关系被优化。
因此，当针对植物的需求减少时可以减小所述植物的生长速率，以降低植物在它们不被要求时成熟的可能性，从而缓解浪费。
在一个实施例中，控制器包括处理器、存储器和数据连接，其中指示针对要生长在人造光植物生长系统中的植物类型的生产需求和用于人造光植物生长系统的光源的能量供应中的一个或多个的信息由处理器通过使用数据连接来检索。
根据本发明的另一方面，提供了一种人造光植物生长系统，包括具有用于向生长在植物生长环境中的植物供应光的光源的植物生长环境，以及用于控制人造光植物生长系统的控制器，该控制器被配置成：接收指示针对要生长在人造光植物生长系统中的植物类型的生产需求和用于人造光植物生长系统的光源的能量供应的信息，并且依赖于所接收的信息而控制人造光植物生长系统的植物生长环境的光源的操作以使得生长在系统中的所述植物类型的植物的生产速率与生产需求和能量供应的关系被优化。
本发明的这些和其它方面根据以下描述的实施例将是明显的并且参照以下描述的实施例进行阐述。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参照附图来描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的实施例的植物生长系统的示意性正视图；
图2是示出图1的植物生长系统的光水平、生产需求和能量供应需求之间的关系的曲线图；
图3是由图1的植物生长系统的处理器执行的步骤中的一些的流程图；以及
图4是图1的植物生长系统的示意性方框电路图。
具体实施方式
现在参照图1至4，示出根据本发明的实施例的人造光植物生长系统1。植物生长系统1包括外壳2、第一和第二植物生长单元3、4以及控制器5。
第一和第二生长单元3、4设置在外壳2中。第一和第二生长单元3、4在构造方面是相同的，并且因而为了简洁起见，下文将仅详细描述第一生长单元3。将理解的是，可以省略生长单元中的一个，或者可以包括另外的生长单元。
第一生长单元3包括多个水平设置的搁板6。搁板6由多个直立腿7支撑。植物8依照例如水培生长或气培生长的原理生长在每一个搁板6上。应当认识到，术语“植物”可以指水果、蔬菜、花、藻类和或其它生物质或生物材料。
充当光源的光单元9设置在每一个搁板6上方以向生长在每一个搁板6上的植物8提供光。用于向最上面的搁板6上的植物8提供光的光单元9紧固到第一生长单元3的腿7的上部。其余光单元9中的每一个通过紧固到上方的搁板6的下侧而定位在对应搁板6上方。然而，设想到可替换的布置。将理解的是，搁板6上的光单元9可以一起形成光源。也就是说，光单元9一起操作。
外壳2限定植物生长环境10。外壳2例如是房间或橱柜。本实施例中的植物生长环境10是封闭环境。植物生长环境10与自然光隔离。因此，可以更精确地控制植物生长环境中的植物的生长。生长在植物生长环境10中的植物一般将具有相同的植物类型。
气候控制装置11被设置以控制植物生长环境10中的温度。气候控制装置11被配置成控制植物生长环境10中的温度T。植物生长环境10中的相对湿度和通风也可以由气候控制装置11控制。气候控制装置11具有温度传感器12和温度控制器13。
二氧化碳（CO2）水平控制装置14被设置以控制植物生长环境10中的二氧化碳水平。二氧化碳水平控制装置14包括二氧化碳水平传感器15、二氧化碳供给（未示出）和二氧化碳水平控制器16。二氧化碳水平控制器16根据由二氧化碳传感器15测量的二氧化碳水平CO2来调节从二氧化碳供给向植物生长环境10供应的二氧化碳的量。将理解的是，气候控制装置11和二氧化碳水平控制装置14中的一个或二者可以被省略。
温度传感器12生成指示植物生长环境10中的温度的信息。此信息被提供给控制器5。二氧化碳水平传感器15生成指示植物生长环境10中的二氧化碳水平的信息。此信息被提供给控制器5。因此，外壳2内的温度T和二氧化碳水平CO2中的所述一个或二者可以由控制器5监视和/或控制。控制器5可操作成操作光单元9。光单元9与控制器5通信，使得每一个光单元9的光输出可以由控制器5控制。这可以例如通过调节供应到每一个光单元9的功率来实现。
控制器5具有处理器17和存储器18。控制器5包括例如个人或膝上型计算机、微控制器或现场可编程门阵列。
处理器17可以采取任何合适的形式。例如，处理器17可以是或包括微控制器、复数个微控制器、电路、单个处理器或复数个处理器。控制器5可以由一个或多个模块形成。
存储器18采取任何合适的形式。存储器18可以包括非易失性存储器和/或RAM。非易失性存储器可以包括只读存储器（ROM）、硬盘驱动器（HDD）或固态驱动器（SSD）。除其它事物之外，存储器存储操作系统。存储器可以远程设置。RAM由处理器17用于数据的临时存储。操作系统可以包含在由控制器5执行时控制植物生长系统1的每一个硬件组件的操作的代码。控制器5可以能够使诸如一个或多个简档之类的一个或多个对象由存储器18远程或本地存储。控制器5可以能够引用由非易失性存储器存储的一个或多个对象，诸如一个或多个简档，并且向RAM上传一个或多个所存储的对象。
控制器5可操作成响应于输入（例如用户输入）而操作植物生长系统1。
控制器5被配置成控制第一和第二生长单元3、4中的植物8的植物生产速率P。生物质的生产与提供给植物8的光的量近似成线性比例。因此，植物生产速率P可以由控制器5通过例如使供应到光单元9的功率变化以使得由充当光源的光单元9输出的光的强度变化来控制。
等式1示出植物生产速率P（kg/m²/h）、光使用效率η（g/mol）、光水平L（μmol/s/m²）、常量C1和为了呼吸所需的最小光水平（下文称为光偏移L0）之间的关系。植物生产速率P还受被植物8拦截的光I的份额影响，这取决于叶片发育、植物大小和植物8之间的间距。
[等式1]。
供应到植物8的光水平L是光合有效辐射（PAR）通量。光使用效率η表示针对RAR波长区中的一摩尔光子所产生的干燥生物质的量并且取决于植物8的温度T和二氧化碳水平CO2。合期望的是，当存在大光水平L时最大化植物8的光使用效率η以使得植物8能够有效地对供应到此的光进行光合作用。光使用效率η可以通过增加外壳2中的温度T和二氧化碳水平CO2来增加。
在本实施例中，控制器5被配置成依赖于指示植物8的生产需求D的信息而调节提供给植物8的光水平L。控制器5还被配置成依赖于指示能量供应C的信息而调节提供给植物8的光水平L。能量供应C的信息可以基于若干因素。能量供应一般由具有固定能量输出的发电站提供。需求改变，以及因此能量可用性是可变的，并且因而盈余是可变的。因此，通过在需求为低时使用能量，可以减少能量浪费。对应于能量供应的一个可测量变量基于能量成本因子CE。当能量可用性为低时能量成本为高，也就是说能量需求为高，使得可能需要使用附加供电手段。类似地，当能量可用性为高时能量成本为低，也就是说能量需求为低，使得能量可能被浪费。在实施例中，指示生产需求D或能量供应C的信息可以被省略。在本实施例中，控制器5被编程以使得，基于能量成本CE，由光单元9输出的光水平L是指示植物生产需求D和能量供应C的信息的函数，如等式2中所示。在图2中图示性地示出本实施例的光水平L、植物生产需求D和能量成本CE之间的关系。在图2中所示的曲线图20中，x轴21表示时间。点划线22表示植物生产需求，实线23表示能量成本，并且断线24指示光水平L。应当认识到，这些变量之间的其它关系也意在落在本发明的范围内。
[等式2]。
经由通信模块19（例如有线或无线连接）向控制器5提供指示植物生产需求D和能量供应C的信息。在一个实施例中，控制器5使用通信模块19从电力公司网站或从互联网数据库或软件检索能量成本因子CE。在可替换的实施例中，控制器5使用通信模块19从智能计量系统检索指示能量供应C的信息。
植物8的植物生产需求D是针对通过植物生长系统1生长的植物类型的当前生产需求的指示符。这可以例如通过指示针对植物类型的需求的量、针对植物类型的市场价格和/或针对植物类型的浪费量的信息来提供。当指示针对植物8的植物生产需求D的信息指示增加的需求时，控制器5增加植物生产速率P以使得植物8更早准备好收获。因此，植物8可以在它们被需要时收获并且浪费被最小化。当指示植物生产需求D的信息指示减小的需求时，控制器5减小植物生产速率P以使得植物8在针对该植物类型的需求为低时不成熟以供收获。这防止植物8在它们不被需求时成熟，并且因此缓解浪费。
控制器5还被配置成使得当指示能量供应C的信息变化时，控制器5使植物生产速率P变化以使得植物生长系统1高效地控制能量使用。控制器5利用等式3编程，该等式3表征光水平L、光偏移L0、植物生产需求D、能量成本CE和第二常量C2之间的关系。
[等式3]。
可以从等式1看到，光使用效率η以及因而植物生产速率P取决于外壳2中的温度T和二氧化碳水平CO2。因此，为了最大化植物生产需求D和能量成本CE对植物生产速率P产生的影响，控制器5可以配置成使得温度T和二氧化碳水平CO2取决于光水平L，其与植物生产需求D和能量成本CE相关。在这样的实施例中，控制器5利用等式4中所示的关系编程，该等式4表征温度T、光水平L、第三常量C3和维持植物8所需的最小温度（下文称为温度偏移T0）之间的关系。
[等式4]。
控制器5利用等式5中所示的关系编程，该等式5表征二氧化碳水平CO2、光水平L、第四常量C4和维持植物8所需的最小二氧化碳水平（下文称为二氧化碳水平偏移CO20）之间的关系。
[等式5]。
图3是图示了由控制器5的处理器17执行的十个步骤S1-S10的流程图。由处理器17执行的第一步骤S1是检索指示植物生产需求D和能量成本CE的信息。这经由通信模块19获取。由处理器17执行的第二步骤S2是从控制器5的存储器18检索光偏移L0和第二常量C2的值。由处理器17执行的第三步骤S3是根据植物生产需求D、能量成本CE、光偏移L0和第二常量C2的值使用等式3来计算要供应到植物8的期望光水平L。
由处理器17执行的第四步骤S4是从控制器5的存储器18检索温度偏移T0和第三常量C3的值。由处理器17执行的第五步骤S5是根据第三常量C3、温度偏移T0的值和由处理器17在第三步骤S3中计算的期望光水平L使用等式4来计算外壳2中的期望温度T。
由处理器17执行的第六步骤S6是从控制器5的存储器18检索二氧化碳水平偏移CO20和第四常量C4的值。由处理器17执行的第七步骤S7是根据第四常量C4、二氧化碳水平偏移CO20的值和由处理器17在第三步骤S3中计算的期望光水平L使用等式5来计算外壳2中的期望二氧化碳水平CO2。
由处理器17执行的第八步骤S8是依照由处理器17在第五和第七步骤S5、S7中计算的期望温度T和二氧化碳水平CO2来控制气候控制装置11和二氧化碳水平控制装置14以调节外壳2中的温度T和二氧化碳水平CO2。如以上讨论的，控制外壳2中的温度T和二氧化碳水平CO2允许调节植物8的光使用效率η。
由处理器17执行的第九步骤S9是等待预定时间段。由处理器17执行的第十步骤S10是检查期望光水平L是否等于由光单元9输出的当前光水平L并且相应地调节光水平L。将调节光水平L与调节温度T和二氧化碳水平CO2之间的预定时间段被选择以虑及由于例如外壳2中的空气的热容量所致的温度T和二氧化碳水平CO2的改变中的响应延迟以及由二氧化碳水平控制器2B释放的二氧化碳气体与外壳2中的空气混合所花费的时间。已经发现，当光水平控制器5被配置成在更改供应到植物8的光水平L之前等待外壳2中的温度T和二氧化碳水平CO2调节到期望值时，植物生长系统1的效率被改进，因为这允许在向其供应新光水平L之前调节植物8的光使用效率η。
控制器5的处理器17循环经过并且重复第一到第十步骤S1-S10中的每一个。应当认识到，尽管在以上描述的实施例中顺序地执行第一到第十步骤S1-S10，但是在可替换的实施例（未示出）中，可以同时执行这些步骤中的两个或更多。还将理解到，在可替换的实施例中，可以省略步骤中的一个或多个。
控制器5被配置成操作光单元9以便为植物8提供“亮时段”，其中光单元9如以上描述的那样操作以便为植物8供应光，以及“暗时段”，其中光单元9关断或在最小光暴露水平处操作。对于通过向空气中释放氧并且输运碳水化合物来允许植物8处理在亮时段期间由光合作用同化的碳并且对于诱导植物8发起开花过程，暗时段是重要的。
在本实施例中，植物生长系统1的光单元9被拆分成第一、第二和第三照明组9A、9B、9C。控制器5同时操作每一个照明组9A、9B、9C中的所有光单元9。然而，将理解的是，控制器5可以独立操作照明组9A、9B、9C中的每一个照明组。第一、第二和第三照明组9A、9B、9C中的每一个照明组向植物生长系统1中的不同植物8提供光。
在本布置中，控制器被配置成引用由控制器存储的参考简档以操作系统1，使得第一、第二和第三照明组9A、9B、9C中的每一个照明组的暗时段为8小时，并且亮时段为16小时。因此，在24小时时段中，控制器5使第一、第二和第三照明组9A、9B、9C中的每一个照明组循环经过整个亮时段和整个暗时段。
控制器5被配置成使得第一、第二和第三照明组9A、9B、9C的暗时段在24小时时段上交错，使得第一、第二和第三照明组9A、9B、9C中的不超过两个同时操作以向对应植物8提供亮时段。例如，在12 AM处开始的24小时时段期间，第一照明组9A在12 AM和4 PM之间被供电以向植物8的部分提供亮时段并且然后在4 PM和12 AM之间关断以提供暗时段。同时，第二照明组9B在8 AM和12 AM之间被供电以向植物8的部分提供亮时段并且在12 AM和8 AM之间关断以提供暗时段。另外，第三照明组9C在4 PM和8 AM之间被供电以向植物8的部分提供亮时段并且在8 AM和4 PM之间关断以提供暗时段。提供屏障（未示出），诸如屏风或幕帘，以将第一、第二和第三照明组9A、9B、9C中的每一个照明组彼此隔离。将照明组9A、9B、9C彼此隔离以缓解光到被提供有暗时段的植物8的部分的泄漏。可以依照指示植物生产需求D和/或能量供应C的信息调节亮时段相对于暗时段的持续时间。例如，在一个这样的实施例，如果生产需求D减小，则针对第一、第二和第三照明组9A、9B、9C中的每一个照明组的植物的暗时段增加，并且因此亮时段减小，以减小生产速率P。
在以上描述的实施例中，由第一、第二和第三照明组9A、9B、9C中的每一个照明组供应光的植物8可选地彼此隔离以限定独立的植物生长环境10A、10B、10C。例如，植物8可以在分离的罩壳中提供或者通过单独密封每一个搁板6提供，使得其温度T和二氧化碳水平CO2可以被独立控制。控制器5被配置成通过增加其温度T和二氧化碳水平CO2来增加被提供有亮时段的植物8的光使用效率η。类似地，控制器5被配置成通过减小其温度T和二氧化碳水平CO2来减小被提供有暗时段的植物8的光使用效率η。
由于光单元9的亮和暗时段被分配成使得第一、第二和第三照明组9A、9B、9C中的不超过两个在任何一个时间处被操作成提供亮时段，因此植物生长系统1中的所有组合光单元9的功率消耗将不超过光单元9的最大额定功率的三分之二。因此，植物生长系统1的最大功率容量降低。在多个植物生长环境之间分配所需的能量是可能的。因此，通过最小化峰值功率要求来最小化能量消耗是可能的。另外，最小化操作两个或更多植物生长环境所需的组件的大小和数目是可能的。
尽管在以上描述的实施例中，第一、第二和第三照明组9A、9B、9C的亮时段为16小时并且暗时段为8小时，但是应当认识到，亮和暗时段的其它持续时间意在落在本发明的范围内，并且另外应当认识到，第一、第二和第三照明组9A、9B、9C的总的亮和暗时段在持续时间方面不必是24小时。在一个实施例（未示出）中，控制器被配置成依照正在生长的植物类型和/或指示植物年龄的信息而使亮和暗时段持续时间变化。已经发现，在一些情况下，促进生长的最优的亮时段和暗时段持续时间根据植物的年龄和/或植物的类型而变化。因此，通过依照植物类型和/或指示植物年龄的信息而使亮和暗时段的持续时间变化，植物生长过程的效率和/或生产速率增加。
尽管在以上描述的实施例中，光单元9被拆分成第一、第二和第三照明组9A、9B、9C，但是在可替换的实施例（未示出）中，光单元可以被拆分成比三个照明组更多或更少的照明组。在一个这样的实施例（未示出）中，光单元被拆分成两个照明组并且控制器被配置成使得照明组中的仅一个被操作以在任何一个时间处提供亮时段。
尽管在以上描述的实施例中控制器5利用等式3、4和5编程以根据市场需求D、能量成本CE、光偏移L0、温度偏移T0、二氧化碳水平偏移CO20以及第二、第三和第四常量C2、C3和C4控制光水平L、温度T和二氧化碳水平CO2，但是在可替换的实施例（未示出）中，控制器5利用表征这些变量或这些变量中的一些变量之间的关系的不同等式来编程。
尽管在以上描述的实施例中，控制器5被配置成根据植物生产需求D和能量成本CE来调节供应到植物8的光水平L，但是在可替换的实施例（未示出）中，控制器被配置成使得不根据能量成本CE来调节光水平L。
尽管在以上描述的实施例中，控制器5被配置成根据期望的光水平L来调节外壳2中的温度T和二氧化碳水平CO2，但是在可替换的实施例（未示出）中，控制器5不调节温度T和/或二氧化碳水平CO2。
尽管在以上描述的实施例中，控制器5被配置成根据植物生产需求D和能量成本CE来调节供应到植物8的光水平L并且此外被配置成使第一、第二和第三照明组9A、9B、9C的亮时段偏移，但是在可替换的实施例中，控制器5被配置成仅执行这两个操作中的一个。
在以上描述的实施例中，控制器5被配置成使得调节光单元9的光水平L以控制植物8的植物生产速率P。在可替换的实施例中，植物8的植物生产速率P取而代之地或此外通过调节由光单元9输出的光谱分布而变化。例如，如果植物生长系统1中的植物8在叶绿素（一种不容易吸收可见光谱的绿色分量的色素）方面是丰富的，则可以通过增加从光单元9发射的光的绿色分量的比例而减小植物生产速率P。相反，可以通过减小从光单元9发射的光的绿色分量的比例而增加植物生产速率P。在另一实施例中，控制器5被配置成使得由光单元9输出的光谱分布根据由光单元9输出的光水平L而变化。已经发现，对于某些类型的植物，促进生长的最优光谱分布根据植物经受的光水平L而变化。例如，一些类型的植物在光水平L为低时将更高效地使用来自光谱的一个部分的光，并且在光水平L为高时更高效地使用来自光谱的另一部分的光。因此，通过依照光水平L而使由光单元9输出的光的光谱分布变化，增加植物生长过程的效率和/或生产速率P。在另一实施例中，根据指示植物年龄的信息（例如种植植物的日期或植物已接收到的光的总量）而调节由光单元9输出的光的光谱分布。已经发现，对于某些种类的植物，促进生长的最优光谱分布根据植物的年龄而变化。例如，对于某些类型的植物，最近种植的植物在它们暴露于具有大蓝光份额的光谱分布的情况下生长得更高效，而即将达到成熟的植物要求更低的蓝光份额。因此，通过依照指示植物年龄的信息而使由光单元9输出的光的光谱分布变化，植物生长过程的效率和/或生产速率P增加。在又一实施例中，根据由每一个光单元9供应光的植物的类型而调节由每一个光单元9输出的光谱分布。这允许光谱分布针对当前生长的植物的类型的光要求而被定制，因为某些类型的植物更高效地使用来自光谱的某些部分的光。在一个这样的实施例中，由用户向控制器5中输入植物类型。
在一个这样的实施例中，植物生长系统1包括用于检测从光单元9发射的光的光谱分布的光传感器（未示出）。这允许测量外壳2中的光的光谱分布，即使光单元9结合具有未知或变化的光谱分布的附加光源使用。
将领会到，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器可以履行权利要求中叙述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制权利要求的范围。
尽管在本申请中将权利要求明确表达成特征的特定组合，但是应当理解的是，本发明的公开内容的范围还包括在本文中明确或隐含地公开的任何新颖特征或特征的任何新颖组合或其任何概括，无论其是否涉及与任何权利要求中目前要求保护的相同的发明并且无论其是否缓解与本发明相同的技术问题中的任何一个或全部。申请人由此提请注意，新的权利要求可以在本申请或从其导出的任何另外的申请的诉讼期间被明确表达成这样的特征和/或特征的组合。
Claims (15)
1.一种控制人造光植物生长系统（1）的方法，其中该人造光植物生长系统与自然光隔离，所述方法包括
接收指示针对要生长在人造光植物生长系统中的植物类型的生产需求D(t)的信息以及指示用于人造光植物生长系统的光源（9）的能量供应CE(t)的信息，以及
依赖于所接收的信息而控制人造光植物生长系统的植物生长环境（10）的光源的操作，使得生长在系统中的所述植物类型的植物（8）的生产速率P(t)与生产需求和能量供应的关系被优化，其中植物的生产速率P(t)与提供给所述植物的光量L(t)成比例，且提供给所述植物的光量L(t)是基于关系L(t)=f(D(t), CE(t))而确定的。
2.根据权利要求1的方法，还包括控制第一植物生长环境（10a）的至少第一光源（9a）的操作以具有最小光强度水平处的操作时段以及控制第二植物生长环境（10b）的第二光源（9b）的操作以具有最小光强度水平处的操作时段，操作所述至少第一和第二光源以使得第一光源在最小光强度水平处的操作时段从第二光源在最小光强度水平处的操作时段偏移。
3.根据权利要求1的方法，还包括依赖于要生长的植物类型而引用一个或多个植物类型特定参数，并且依赖于所述一个或多个植物类型特定参数而控制光源（9，9a，9b）的操作。
4.根据权利要求3的方法，其中所述植物类型特定参数或其中之一是供应到所述植物类型的植物（8）的最小光暴露水平。
5.根据权利要求2的方法，还包括依赖于要生长的植物类型而引用一个或多个植物类型特定参数，并且依赖于所述一个或多个植物类型特定参数而控制光源（9，9a，9b）的操作。
6.根据权利要求3至5中任一项的方法，其中所述植物类型特定参数或其中之一是要供应到所述植物类型的植物（8）的最大光暴露水平。
7.根据权利要求3至5中任一项的方法，其中所述植物特定参数或其中之一是光源（9）在最小水平处的操作的最小时段。
8.根据权利要求3至5中任一项的方法，其中所述植物特定参数或其中之一是光源（9）的强度水平。
9.根据权利要求3至5中任一项的方法，还包括依赖于光源（9）的所确定的操作而控制人造光植物生长系统（1）的植物生长环境（10）中的CO2的水平。
10.根据权利要求3至5中任一项的方法，还包括依赖于光源（9）的所确定的操作而控制人造光植物生长系统（1）的植物生长环境（10）中的温度。
11.根据权利要求3至5中任一项的方法，还包括检测植物生长环境（10）的环境条件以及依赖于所检测的环境条件而控制光源（9）的操作。
12.根据权利要求11的方法，还包括当检测到植物生长环境（10）中的期望的环境条件时调节光源（9）的操作。
13.一种存储包括指令的计算机程序的计算机存储介质，所述指令在由至少一个处理器（17）执行时使权利要求1至12中任一项的方法被执行。
14.一种用于控制与自然光隔离的人造光植物生长系统（1）的控制器（5），该控制器包括处理器和其上存储有代码的存储器，所述代码在由该处理器执行时使该处理器：
接收指示针对要生长在人造光植物生长系统中的植物类型的生产需求D(t)和用于人造光植物生长系统的光源（9）的能量供应CE(t) 的信息，并且
依赖于所接收的信息而控制人造光植物生长系统的植物生长环境（10）的光源的操作，使得生长在系统中的所述植物类型的植物（8）的生产速率P(t)与生产需求和能量供应的关系被优化，其中植物的生产速率P(t)与提供给所述植物的光量L(t)成比例，且提供给所述植物的光量L(t)是基于关系L(t)=f(D(t), CE(t))而确定的。
15.一种与自然光隔离的人造光植物生长系统，包括
用于向生长在该人造光植物生长系统的植物生长环境中的植物（8）供应光的光源（9），以及
控制器（5），其被配置成接收指示针对要生长在该人造光植物生长系统中的植物类型的生产需求 D(t)和用于该光源的能量供应 CE(t) 的信息，并且依赖于所接收的信息而控制该光源的操作，使得生长在系统中的所述植物类型的植物（8）的生产速率P(t)与生产需求和能量供应的关系被优化，其中植物的生产速率P(t)与提供给所述植物的光量L(t)成比例，且提供给所述植物的光量L(t)是基于关系L(t)=f(D(t), CE(t))而确定的。
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